1、ICS 27140K 55 园酉中华人民共和国国家标准GBT 1546922007水轮机、蓄能泵和水泵水轮机空蚀评定第2部分：蓄能泵和水泵水轮机的空蚀评定Hydraulic turbines，storage pumps and pump-turbines-Cavitation pitting evaluation-Part 2：Cavitation pittingevaluation in storage pumps and pumpturbines(IEC 606091：2004，Hydraulic turbines，storage pumps and pump-turbinesCavita
2、tion pitting evaluation-Part 1：Evaluation in reaction turbines，storage pumps and pumpturbines，MOD)2007-12-03发布 2008-05-0 1实施宰瞀徽紫瓣警糌瞥星发布中国国家标准化管理委员会促111GBT 1546922007目 次前言引言-1范围11概述12不包含的内容13水中化学成分对空蚀的影响“14水中含固体颗粒的影响2规范性引用文件3术语、定义、符号与单位31术语、定义与符号32单位-4空蚀保证值41保证期限42空蚀保证值的确定43运行范围和运行时间5程序51在保证期内的空蚀修理52
3、空蚀量的测量与计算6结果的计算和保证的实施附录A(规范性附录)空蚀保证值的举例附录B(资料性附录)本部分与IEC 606091：2004技术性差异及其原因I1111l222566678889O3前 言GBT 1546922007GBT 15469(水轮机、蓄能泵和水泵水轮机空蚀评定分为以下3部分：第1部分：反击式水轮机的空蚀评定，第2部分：蓄能泵和水泵水轮机的空蚀评定I第3部分：水斗式水轮机的空蚀评定。本部分为GBT 15469的第2部分。本部分修改采用国际电工委员会IEC 60609-1：2004(水轮机、蓄能泵和水泵水轮机空蚀评定第1部分：反击式水轮机、蓄能泵和水泵水轮机的评定，并根据我国
4、蓄能泵和水泵水轮机的具体情况进行了修改，有关技术差异在它们所涉及的条款的页边空白处用垂直单线标识。在附录B中给出了这些技术性差异及其原因的一览表以供参考。本部分的附录A为规范性附录，附录B为资料性附录。本部分由中国电器工业协会提出。本部分由全国水轮机标准化技术委员会(SACTC 175)归口。本部分主要起草单位：东方电机股份有限公司、中国水利水电科学研究院、哈尔滨电机厂有限责任公司、中国水电顾问集团北京勘测设计研究院、广州蓄能水电厂。本部分主要起草人；陶喜群、吴培豪、吴新润、江泽沐、何光强、刘诗琪。本部分为首次发布。GBT 154692-2007引 言本部分规定了蓄能泵、水泵水轮机的空蚀评定。
5、蓄能泵、水泵水轮机的空蚀程度取决于以下五种因紊：a)设备的型式和设计b)空蚀作用部位的材辩和表面状态c)设备的安装高程，即电站空化系敛()；d)运行持续时间和运行工况；e)水质。a)、b)取决于设备的情况，而c)、d)、e)取决于电站运行条件。因此，空蚀保证值只能由供需双方在电站规划设计阶段或合同中商定。对于转轮叶轮的更新改造或要求有更宽的运行范围时，供方在投标中应对空蚀性能做出保证建议。空蚀保证可以采用以下两种方法进行协商：是按合同中给定设备的安装高程(对应的电站空化系数气)，根据蓄能泵或水泵水轮机的尺寸、转速、材料、表面条件和运行工况等协商空蚀保证值(见图1 a)二是在确定允许最大空蚀量的
6、条件下，协商枧组的安装赢程(见图1 b)。大多数情况下，机组能在无空蚀条件下正常运行，或者被要求在无空蚀条件下运行，有时为了经济的原因，也可以允许有轻微的空蚀，即设备的安装高程可以高于无空蚀运行的高程。由于每个电站a)e)项都是不同的，所以制定一个通用的都可接受的空蚀允许值是不合适的，因此，建议根据每个电站的条件进行经济评估。举例来说，一个更深的安装高程(更大的电站空化系数值需要更高的土建费用)和或更贵的转轮叶轮(形状和或材料)能够减少空蚀量。较高的成本带来的效益是降低运行费用和减少检修频率，还可减少因为停机带来的电能损失。空蚀深度、体积和质量与转轮叶轮直径的函数关系，见附录A。GBT 154
7、6922007b)圈1 水力机械在流量一定时的空蚀与电站空化系数的函数关系基引篁斟1范囝水轮机、蓄能泵和水泵水轮机空蚀评定第2部分：蓄能泵和水泵水轮机的空蚀评定GBT 154692200711概述本部分规定了蓄能泵和水泵水轮机在给定条件下(如在合同中规定的功率、水力比能、转速、材料、运行条件和运行时阿等)过流部件因空蚀造成的材料损失的测量和评定方法。在合同中应规定水力机械在全部或部分运行范围内是否存在空蚀。无论空蚀是否发生，在合同中都应明确规定空蚀保证值。本部分中有关屯站的接述也适用于蓍姥泵站。12不包含的内窖本部分不包括空化可能对设备的其他性能产生的影响，例如：功率、效率、振动、整体的机械性
8、能和噪声，在运行中暴露出的材料缺陷。运行中因过流部件的磨损而暴露出的材料缺陷不计人空蚀保证。带有保护层的过流表面的涂层磨蚀不计人空蚀保证。13水中化学成分对空蚀的影响本部分假定水中不含腐蚀性的化学物质，如果要考虑水中所含的化学物质的腐蚀性，应在协议中给出水质的分析结果，并基于此做出空蚀保证。因为化学腐蚀性涉及到化学成分和设备的材料等诸多因素，这不在本部分可以确定的限定范围之内。如果在进一步的分析过程中表明水的腐蚀性大于协议里的给定值，则在评估空蚀保证是否满足时，就必须考虑水的腐蚀性的影响。如果出现空蚀的区域可以区分出是由于化学腐蚀或电化学腐蚀的影响而增加的，这些增加的破坏部分就应排除在空蚀评定
9、盎范围之外。14水中含固体颗粒的影响水中固体颗粒如泥沙引起的磨损不作为空蚀来考虑。当设备在含有大量固体颗粒的水中运行时，材料损失会因空蚀(如果存在)与磨损的联合作用丽加剧。而且，当材料表面因磨蚀而发生改变时，因水力型线的改变空蚀可能被引发和加剧。空蚀和磨损破坏在外观、部位和机理上都不相似，故在测量损坏时能区分出二者是非常重要的。如果出现空蚀的区域可以区分出是由于磨损的影响而增加的，这些增加部分的损坏应从空蚀评定中除开。本部分给出的空蚀量及其测量方法的事例仅适用于空蚀。对一些每年至少有一时段在含有大量固体颗粒的水中运行的水电站来说，由于固体颗粒引起的磨损破坏程度取决于诸多方面的因素如颗粒浓度、矿
10、物成分、颗粒粒径级配和冲击参数(如相对速度和冲击角度)以及材料特性和水力机械运行条件等。这些已超出了本部分定义的可接受的固体颗粒数量的范围。空蚀评定以一般水质为基础。水中含有少量固体颗粒及其造成的磨损轻微时，可视为一般水质。应在合同文件中描述水中含固体颗粒量的情况，以及相应的矿物类型、颗粒粒径级配。如果比例较大，应有专门协议，该协议可考虑将空蚀和西体颗粒磨损所造成的破坏区分开来，在难以区分二者时，建议在合同空蚀评定中统一考虑固体颗粒磨损和空蚀所引起的材料损失。】GBT 15469220072规范性引用文件下列文件中的条款通过GBT 15469的本部分的引用而成为本部分的条款。凡是注目期的引用文
11、件，其随后所有的修改单(不包括勘误的内容)或修改版均不适用于本部分，然而，鼓励根据本部分达成协议的各方研究是否可使用这些文件的最新版本。凡是不注日期的引用文件，其最新版本适用于本部分。GBT 290045电工术语水电站水力机械设备(GBT 290045-2006，IEC 61364：1999，MOD)GBT 19184水斗式水轮机空蚀评定(GBT 19184-2003，IEC 606092：1997，MOD)GBT 15468水轮机基本技术条件(GBT 15468-2006，neq IEC 60041：1991)GBT 15469反击式水轮机空蚀评定(GBT 15469-1995，neq IE
12、C 60609：1978)IEC 60193水轮机、蓄能泵和水泵水轮机模型验收试验IECTR 61366一l水轮机、蓄能泵和水泵水轮机投标文件第1部分概要与附件3术语、定义、符号与单位31术语、定义与符号GBT 2900。45中确立的以及下列术语、定义和符号适用于本部分。注：这些术语、符号与定义也遵从GBT 15468标准。311空化cavitation在流道中水流局部压力下降到临界压力(一般接近汽化压力)时，水中气核发展成长为气泡，气泡的积聚、流动、分裂、溃灭过程的总称。312空蚀cavitation pitting由于空化造成的过流表面的材料损坏。313电站空化系数plant cavita
13、tion coefficient咋在电站运行条件下，表征水力机械空化发生条件和性能的无量纲系数。314空蚀保证期cavitation pitting guarantee period对水力机械运行做出空蚀有效保证的月数或年数。315空蚀保证运行时间cavitation pitting guarantee duration of operation空蚀保证有效的水力机械运行小时数。316基准运行时间reference duration of operationtR(h)用来作为确定空蚀保证基准值的小时数。31。7实际运行时间actual duration of operationtA(h)空蚀考
14、核时水力机械实际运行小时数。GBT 1546922007318正常连续运行范围normal continuous operating range水轮机工况下在P。、P。U、E&和E。的范围内(见图z)水泵工况下在Ec。、E南的范围内(见图3)。319水轮机工况高负荷短时运行范围highload temporary operation range in turbine mode运行范围限制在Pcu和Ptu之内(见图2)。3110水轮机工况低负荷短时运行范围low-load temporary operating range in turbine mode运行范围限制在Pc。和Ptz之内(见图2)
15、。3111低水力比能短时运行范围low specific hydraulic energy temporary operating range运行范围限制在E和点jz之内(见图2或图3)。3112高水力比能短时运行范围 high specific hydraulic energy temporary运行范围限制在Ecu和E；u之内(见图2或图3)。3113在指定的水头和允许的净正吸入比能条件下水轮机工况连续运行的功率下限(见图2)。3114Pcu在指定的水头和允许的净正吸人比能条件下水轮机工况连续运行的功率上限(见图2)。3115PtL在指定的水头和允许的净正吸人比能条件下水轮机工况短时运行的
16、功率下限(见图2)。3116在指定的水头和允许的净正吸人比能条件下水轮机工况短时运行的功率上限(见图2)。3117E(Jkg一1)水力机械的水的比能。3118g(ms一2)电站所在地的重力加速度。3119H(m)水力机械水头(扬程)，为水力机械进、出口断面的总单位能量差。H=Eg。3120NPSE(Jkg一1)NPSH(m)NPSE为运行的净正吸入比能。NPsH为净正吸入高度。NPsH=NPSEg。3121EcL在规定的净正吸入比能的条件下正常连续运行时的水力比能下限(见图2，图3)。GBT 15469220073122Ecu在规定的净正吸入比能的条件下正常连续运行时的水力比能上限(见图2，图
17、3)。3123在规定的净正吸入比能的条件下短时非正常运行时的水力比能下限(见图2，图3)，通常Ek与Ec。是相等的。3124在规定的净正吸入比能的条件下短时非正常运行时的水力比能上限(见图2，图3)，通常Eju与Ecu是相等的。31。25NPSEL运行的净正吸人比能的最小允许值。3126S(mm)从母材原始表面测量起到所有空蚀区域中的最大绝对深度。3127Sl，s2，s3，S(mm)从母材原始表面测量起到某一指定的空蚀区域中的最大深度(见521和523 b)。3128V(cm3)被空蚀剥落的材料体积。3129A1，A2，A3，；A(cm2)被空蚀的各单个面积(见522和523 b)。3130k
18、，kl，k2，k3，；kf空蚀剥落体积近似计算使用系数(见523 b)。3131MCkg)空蚀剥落材料质量，当体积转换成质量时，可近似按78 kgdm3进行换算。3132Ci(mm，cm3，kg)在基准的运行时段内空蚀量保证的眼值。3133c(mm，cm3，kg)在空蚀评定阶段的运行时段内空蚀量保证的限值。3134D(m)离心式蓄能泵和混流式水泵水轮机是指水泵工况转轮叶轮进口直径；轴流、斜流和贯流转桨式蓄能泵和水泵水轮机是指转轮叶片轴线外缘处转轮室的内径；轴流定桨式蓄能泵和水泵水轮机是指叶片外缘圆柱形转轮室的内径；斜流定桨式蓄能泵和水泵水轮机是指水泵工况进水边外缘对应的转轮室的4内径。32单位
19、本部分全文采用国际单位制(sI)和中华人民共和国法定计量单位。l苎：嚣GBT 1546922007注：对于运行小时数，见43。上图中的曲线形状仅作为示意。特别是最低的NPSE线会与示例有明显的不同，并且在Pcu、Pc和中间负荷时在某些情况下可能出现各自的曲线。图2水泵水轮机在水轮机工况的运行范围5GBT 1546922007l苎3蛩羹流量注t关于运行小时数t见43。上图中的曲线形状仅作为示意。特别是最低的NPSE线会与示例有明显的不同。图3蓄能泵和水泵水轮机在水泵工况的运行范围4空蚀保证值41保证期限除非协议中另有说明，空蚀保证期或空蚀保证运行小时数应与合同中协议规定的水力机械的保证期一致。4
20、2空蚀保证值的确定在合同文件中应规定：在按432中定义商定的基准运行小时数期间，按照52描述的保证值的检查方法进行测量与计算得出的且不得超过的金属损失量。6GBT 1546922007空蚀保证涉及的内容有：转轮叶轮材料的体积损失V(见3128)或质量损失M(见3131)；转轮叶轮材料的深度损失“S”(见3126)；固定部件材料的体积损失“y”或质量损失“M”；固定部件材料的深度损失“S”。空蚀保证值可以由最大深度s、剥落体积y或质量损失M来限定。对于整个转轮叶轮的保证方面，一个叶片的空蚀量体积V或质量损失M不应超出整个转轮叶轮空蚀保证体积或质量的y倍。对于轴流式蓄能泵和水泵水轮机而言，y=04
21、；对于离心式蓄能泵和混流式水泵水轮机来说，Y=03I对于斜流式水泵水轮机，也可取Y=O3。对于轴流式蓄能泵和水泵水轮机、斜流式蓄能泵和水泵水轮机的固定部件，空蚀深度s和体积V或质量M的值与转轮叶轮空蚀保证数值一致。对于离心式蓄能泵和混流式水泵水轮机的固定部件，空蚀量体积V或质量M为转轮叶轮空蚀保证值的一半，而空蚀深度s与转轮叶轮空蚀保证值相等。43运行范围和运行时间431运行范围为了确定空蚀保证值，以及评估空蚀是否满足保证，必须根据水的比能、功率和净正吸入比能(参见图2和图3)，明确规定设备在相应的基准运行时间内的运行范围。合同应规定以下参数：Ptu和Pcu (水轮机工况)Pt。，和Pc。 (
22、水轮机工况)ETu和fcuEtL和f如果机组要求在无空蚀(见附录A)条件下运行，推荐采用Eh；Ec”EtuEcu以及PtuP。除非另有协议，如果合同只规定了连续正常运行范围，应采用以下：PTu=105PcuPTI一0lTuflcUl=EcL在保证期内，应准确记录每一台机组的功率、水的比能(或水头扬程)、上游水位、尾水位或吸人比能及运行小时。应为供方提供时机来检查运行条件是否与合同一致。432基准运行时间除非另有协议，下列基准运行时间(不考虑保证期)应作为确定和评估空蚀保证的基础。水泵工况运行3 000 h，水轮机工况在非连续正常运行范围(包括433 a)中描述的内容)的时间应计入在此运行时间内
23、。433实际运行时间至空蚀检查时为止，从电站运行记录中计算出的全部运行时间，并区分出在连续正常运行范围内和在高、低水头下和高、低负荷短时运行范围内的运行时间。除非另有协议，如果实际运行时间超出下列运行时间中的任何一项，空蚀保证无效。a) 对于水泵水轮机在水轮机工况运行一一按照319定义的高负荷短时运行范围(见图2) 100 h一一按照3110定义的低负荷短时运行范围(见图2) 500 h按照311l定义的低水力比能短时运行范围(见图2) 50 h按照3112定义的高水力比能短时运行范围(见图2) 50 hb) 对于蓄能泵或水泵水轮机在水泵工况运行7GBT 1546922007按照3111定义的
24、低水力比能短时运行范围(见图3) 100 h按照3112定义的高水力比能短时运行范围(见图3) 100 h上述50 h、100 h和500 h对应的基准运行时间为3 000 h，如果实际运行时间与3 000 h不同，应按比例进行调整。434特殊工况机组的起动和停机运行时间应计人实际运行时间。但此过渡过程不作为3110永轮机低负荷短时运行范围和31-12高水力比能短时运行范围的运行时间。机组转轮叶轮在空气中旋转的时间不应计入实际运行时间。为了确保空蚀有效，水泵水轮机在水泵工况运行时，应在规定的扬程与导叶开度关系下运行。轴流或斜流转桨式水泵水轮机应在协联工况下运行。供方应在双方协议的适当时间内，采
25、用合适的方法对导叶开度和扬程的关系以及导叶开度和桨叶转角的协联关系进行试验和调整。这些调整应在机组投运后尽快进行，以减少对机组潜在的损害。5程序51在保证期内的空蚀修理在供需双方商定的一个合适的运行时问后，供方应有机会检查水力机械和进行供方认为在协议期内必须做的任何工作。早期检查对双方都有利，在保证期的开始阶段，应安排短期停机检查，进行消缺处理。在保证期结束之前，如果供方通过铲磨或焊接的方法对空蚀做了实质性的修理，或对具有产生空蚀风险的部件进行了较大的修型，那么按315定义的空蚀保证运行时间应从该次维修后并再次投入运行时重新计算。如果上述维修和修型比较轻微，经双方协商一致，空蚀保证期可以认为不
26、问断。52空蚀量的测量与计算除非另有协议，如果测量空蚀的目的是检查履行保证，供需双方应在协议规定时间的80120的范围内共同进行空蚀测量。应采用本节所描述的方法确定空蚀量的大小。在合同文件中应规定所选择的测量方法。除非不进行铲磨就不能准确测量出最大空蚀深度，在测量之前不应进行铲磨。521最大深度Sl所有空蚀区域的最大深度可采用深度量尺和样板或其他合适的方法测得。测量不确定度不应超过最大深度的士10或者1 mm，二者中取较大值。522单个的空蚀面积Ai如果空蚀区域轮廓不规则和其面积曲线呈三维时，最好采用合适的涂料或者墨水描绘后，用接触的方法转印到合适的纸上，然后用求积仪的方法确定纸上所反映出来的
27、面积，如果采用的是坐标纸，效方格就可以确定空蚀面积。测量的不确定度不应超过士10。只有空蚀深度大于o5 mm才应计算保证面积。然而。即使是一些不应包括在保证值内的轻微空蚀，也应该全部记录下来，这样做是有益的。523空蚀剥落体积可采用以下方法之一测量空蚀剥落体积：a)直接测量法：是采用一种合适的临时性的填充物去填充被空蚀的表面，使之恢复到原始未被损坏的表面形状。如果被测量的区域是三维时，则需要采用样板或者其他合理的装置使之能够确定基准来进行测量。测量的不确定度不应超过士15。b)近似计算法：通过所测得的每个空蚀区的空蚀深度和面积，用计算方法确定空蚀量。除非另8CBT 1546922007有协议，
28、否则可以采用以下公式之一进行近似计算：V=(k，S-A-+kzS。Az+) (1)Vh(S1A1+S2A。+) (2)除非双方协议按照空蚀面的形状选定式中的值，否则取k。、。或to5。6结果的计算和保证的实施如果在43和52规定的运行范围和时间内运行一段时间后，测量出的水力机械相关部件的空蚀量(已考虑了测量的不确定度)，采用以下公式换算后的值不超过42中规定的保证值，则认为空蚀保证满足了要求。Ci=CR(“tR)式中：c一空蚀检查时的空蚀量(深度s、体积y或质量M)保证值；cn基准运行时间内空蚀量(深度s、体积y或质量M)保证值tn317定义的实际运行时间lfR316定义的基准运行时间。如果没
29、有满足保证值，可根据合同文件的相关规定进行处理。若设有抗空蚀保护层，应根据合同中规定的专门条款进行处理。在任何情况下空蚀保证都应在NPSE，NPSE。的条件下有效。GBT 1546922007附录A(规范性附录)空蚀保证值的举例作为示例，图A1和图A2显示了在432中定义的基准运行时问内，任何形式的水力机械的转轮叶轮(是指正常选用的转轮叶轮材料为不锈钢、碳钢带不锈钢覆面)的最大空蚀深度s(以mm计)、最大空蚀材料剥落体积y(以cm计)和质量M(以kg计)。图中所示各值依据以下条件确定；在不少于两年运行时间后的合理的修补量；一一空蚀深度不削弱机械强度。这里给出的空蚀体积V、质量M值不是指单个叶片
30、，而是指整个转轮叶轮。合同中应规定出具体的空蚀保证值，并可根据电站的具体条件或要求选择比图A1和图A2中更大些或更小些的空蚀量。对于要求在无空蚀条件下运行的水力机械，空蚀保证值不应超过参考图A1和图A。2显示的最小值的14。图A1和图A2显示的空蚀量的较大值通常使用于下列情况：较大的水头和功率变幅；净正吸人比能NPSE在边缘状态或者略有不足；材料的抗空蚀性能低于不锈钢水质分析结果有疑点；转轮叶轮经过更新改造。10100空蚀深度s与转轮，叶轮直径的关系GBT 1546922007J_一S=6DO J，一一，一，_一 _，一 一 J一一 一一 吾D0Dm圈A1 转轮叶轮空蚀深度最大允许值GBT 1
31、546922007Vem310 000空蚀体积V和质量，与转轮叶轮直径的关系一， ， ， 。 夕矿 ； M， ， 一， V=100D2 V=20D2 备：o78D M=o156L 产季j。 Dm图A2转轮叶轮空蚀体积和质量最大允许值Mkg100GBT 1546922007附录B资料性附录)本部分与IEC 60609-1：2004技术性差异及其原因表B1给出了本部分与IEC 606091：2004技术性差异及其原因的一览表。衰B1本部分与IEC 60609-I：2004技术性差异及其原因本部分章条编号 技术性差异 原 因删除了标题中的水轮机宇样本部分为蓄能名称 泵和水泵水轮机专用，原标准中涉及到
32、反击式水 已有国家标准GBT 15469-1995反击式水轮机空蚀评定轮机的部分全部删改电站空化系数(吒)。后面遇到同样地方用相同 原文a的符号与我国标准定义不同，容易引起引言的方法处理 歧义。改为强调了本部分空蚀评定以一般水质为基础。14 水中古有少量泥抄或磨损强度不大时。可视为一 与GBT 15469标准说明一致般水质增加了GBT 290045电工术语 水电站水 作为对IEC 61364水电站水力机械名词术语的2力机械设备 补充2 修改了“规范性引用文件” 符合GBT 11的要求311 修改了关于空化的定义 使用我国相关标准通用的定义比较合适原文只有名称而没有定义按GBT 15468永31
33、19 根据我国相关标准增加了关于水头的定义轮机基本技术条件中的定义增加空蚀剥落材料损失质量的符号w改为M313l 符合中国标准规定，质量用M表示下同按GBT 290045电工术语水电站水力机3134 按我国标准定义转轮公称直径械设备调整使用修改“允许使用其他单位制”为“和中华人民共 因为我国法定计量单位规定只执行国际单32和国法定计量单位” 位制水泵水轮机在水轮机工况的运行范围中取消 根据后文的说明。本部分规定的考核对间不涉图2 运行时间的描述 及水轮机正常运行工况42 在空蚀量保证中增加了质量损失“iV的内容 符合我国使用习惯基准运行时间确定为：永泵工况运行3 000 h，432 水轮机工况在非连续正常运行范围(包括433 a) 原文规定水轮机工况或水泵工况以先到为准中描述的内容)的时间应计人在此运行时间内图A，2 增加了质量最大允许值的内容 与前面呼应和符合我国使用习惯
